Р.С. СТАРИКОВ Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» ФОТОННЫЕ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ: СОВРЕМЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ Проведён обзор методов построения и схем практической реализации фотонных аналого-цифровых преобразователей. Современные задачи обработки сигналов предъявляют всё более высокие требования к выполнению аналого-цифрового (АЦ) преобразования. Существующие электронные технологии АЦ-преобразования обладают рядом принципиальных ограничений, формирующих «пределы возможного» при его выполнении – как по скорости, так и по точности. Анализу ограничений электронных технологий АЦП посвящен значительное количество опубликованных исследований; принято считать, что наиболее существенно на функциональных характеристиках АЦП сказываются шумы и нелинейности системы, ограничения временных характеристик элементной базы, ограничения энергетики сигнала, неопределённость компараторов, а также апертурная ошибка дискретизации, фундаментально ограничивающаяся соотношением неопределённости Гейзенберга. Сложность снижения перечисленных факторов определяет недостаточность прогресса в технологиях электронных АЦП, всё более заметную в настоящее время. В связи с вышеотмеченным, поиск возможностей создания устройств, выполняющих АЦ-преобразования на основе технологий, альтернативных современной микроэлектронике представляется весьма актуальным. Одной из таких возможностей является создание устройств использующих свет в качестве носителя сигнала. Применение оптических средств при выполнении АЦ-преобразования вызывает интерес благодаря: широкой полосе модуляции оптического сигнала, высокой стабильности временных характеристик лазерных источников света, высокой пропускной способности оптических каналов, возможностям коммутации оптического сигнала в параллельно работающие дискретные каналы, возможностям временного растяжения и многократного повторения оптического сигнала в волоконных системах, и др. Настоящая обзорная работа посвящена оптико-электронным устройствам, осуществляющим преобразование входных временных электрических сигналов в цифровые электрические выходные сигналы, получивших название «фотонные АЦП» (ФАЦП, photonic ADC, PhADC). Начиная с 1970х гг. рядом авторов были представлены основные фундаментальные методы построения ФАЦП, предложены и экспериментально продемонстрированы различные возможные варианты схем их реализующих. С начала 1990х гг. и по настоящее время число теоретических и экспериментальных исследований в области ФАЦП неуклонно растёт; более того, на текущий день можно отметить, что с середины 2000х гг. работы в данной области в значительной степени приобретают технологический характер. К настоящему моменту с использованием технологий ФАЦП рядом зарубежных исследователей заявлены рекордные результаты по скорости выполнения АЦ-преобразования – до 1013 выборок в секунду при относительно приемлемой точности в 3-4 эффективных бита; при скоростях же преобразования на уровне 10 10 выборок в секунду и выше предполагается и достаточно высокая точность – до 6-8 эффективных бит. Настоящий обзор ставит своими целями краткое представление и обсуждение современных возможностей ФАЦП. В докладе представлены основные методы, используемые при построении ФАЦП для выполнения дискретизации и квантования, а также специфические методы оптической предобработки обрабатываемого сигнала. Рассмотрены принципы построения ФАЦП следующих возможных классов: с оптической поддержкой и предобработкой, с оптической дискретизацией и электронным квантованием, с электронной дискретизацией и оптическим квантованием, с оптической дискретизацией и оптическим квантованием. Приведены теоретические оценки возможностей и данные по экспериментально достигнутым характеристикам ФАЦП. Представлены и обсуждаются конкретные реализации ФАЦП, особое внимание уделено современным тенденциям в данной области, в частности работам по микросхемной реализации ФАЦП. Обзор основан на обработке более чем 140 литературных источников, при его проведении автор старался уделить наибольшее внимание не только классическим работам в данной области, но и результатам новейших исследований, представленных после 2010 г.